KR20170135180A - 적층 구조의 전고체 전지 - Google Patents

적층 구조의 전고체 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20170135180A
KR20170135180A KR1020160066693A KR20160066693A KR20170135180A KR 20170135180 A KR20170135180 A KR 20170135180A KR 1020160066693 A KR1020160066693 A KR 1020160066693A KR 20160066693 A KR20160066693 A KR 20160066693A KR 20170135180 A KR20170135180 A KR 20170135180A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
parallel
parallel unit
current collector
solid
Prior art date
Application number
KR1020160066693A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101905956B1 (ko
Inventor
김지나
류희연
박상진
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160066693A priority Critical patent/KR101905956B1/ko
Publication of KR20170135180A publication Critical patent/KR20170135180A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101905956B1 publication Critical patent/KR101905956B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H01M2/26—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 적층 구조의 전고체 전지에 관한 것으로서, 양극층과 음극층이 고체전해질층을 개재하여 적층된 단위셀을 적절히 연결함으로써 사용자가 의도하는 용량 및 전압을 구현할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

적층 구조의 전고체 전지{A ALL SOLID-STATE BATTERY HAVING A STACK STRUCTURE}
본 발명은 적층 구조의 전고체 전지에 관한 것으로서, 양극층과 음극층이 고체전해질층을 개재하여 적층된 단위셀을 적절히 연결함으로써 사용자가 의도하는 용량 및 전압을 구현할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.
오늘날 이차전지는 자동차, 전력저장시스템 등의 대형기기에서부터 휴대폰, 캠코더, 노트북 등의 소형기기까지 널리 사용되고 있다.
그 중 리튬 이차전지는 니켈-망간 전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 단위면적당 용량이 크다는 장점이 있다.
그러나 리튬 이차전지는 과열되기 쉽고, 에너지 밀도가 약 360 Wh/kg에 불과하며, 출력이 좋지 않아 자동차에 적용할 수 있는 차세대 배터리로는 적합하지 않다.
이에 고출력 및 높은 에너지 밀도를 가지는 전고체 전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 전고체 전지는 이론 에너지 밀도가 약 2600 Wh/kg으로, 기존의 리튬 이차전지와 비교해 약 7 배 높기 때문에 전기자동차용 전원으로서 적합하다.
또한 일정한 구조의 단위셀을 적층하여 전고체 전지를 형성하면 보다 높은 작동 전압 또는 용량을 구현할 수 있다.
이의 일환으로 국내공개특허 제10-2014-0009497호는 바이폴라 전극을 이용하여 단위셀을 직렬 방식으로 적층한 전고체 전지를 개시하고 있다. 또한 국내공개특허 제10-2015-0076103호는 단위셀을 병렬 방식으로 적층한 전고체 전지를 개시하고 있다.
국내공개특허 제10-2014-0009497호 국내공개특허 제10-2015-0076103호
본 발명은 다음과 같은 목적이 있다.
본 발명은 단위셀을 직렬 및 병렬로 적절히 연결하여 전고체 전지를 형성함으로써 사용자가 의도하는 전지의 용량 및 전압을 구현하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 전지의 용량 및 전압을 구현함에 있어서, 종래와 달리 전고체 전지의 중량 및 부피가 심각하게 늘어나는 것을 방지하여 에너지 밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 적층 구조의 전고체 전지는 양극층과 음극층이 고체전해질층을 개재하여 적층된 단위셀이 복수개로 병렬 연결된 병렬단위를 2 이상 포함하고, 일 병렬단위 말단의 양극층이 타 병렬단위 말단의 음극층을 향하도록 적층된 구조로써, 상기 2 이상의 병렬단위가 직렬 연결되도록 배선으로 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는 양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제1병렬단위와, 양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제2병렬단위를 포함하고, 상기 제1병렬단위와 상기 제2병렬단위가 바이폴라 집전체를 개재하여 적층되어 직렬단위를 구성하며, 상기 바이폴라 집전체는 제1병렬단위의 플러스 단자 및 제2병렬단위의 마이너스 단자와 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는 상기 직렬단위가 2 이상 적층되고, 일 직렬단위와 타 직렬단위 사이에는 절연체가 개재되며, 일 직렬단위의 플러스 단자와 타 직렬단위의 마이너스 단자가 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는 양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위를 더 포함하고,ㅍ상기 제3병렬단위의 말단과 상기 제2병렬단위의 말단이 절연체를 개재하여 적층되며, 상기 제3병렬단위의 마이너스 단자와 상기 제2병렬단위의 플러스 단자가 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는 양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위를 더 포함하고, 상기 제3병렬단위의 말단과 상기 제1병렬단위의 말단이 절연체를 개재하여 적층되며, 상기 제3병렬단위의 플러스 단자와 상기 제1병렬단위의 마이너스 단자가 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는 상기 병렬단위가 홀수개의 단위셀이 병렬 연결된 구조이고, 일 병렬단위와 타 병렬단위 사이에 바이폴라 집전체가 개재되며, 상기 바이폴라 집전체는 일 병렬단위의 마이너스 단자 및 타 병렬단위의 플러스 단자에 연결되는 것일 수 있다.
본 발명은 위와 같은 구성을 포함하므로 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 병렬단위 내부에서는 단위셀을 병렬 연결하고, 병렬단위 간은 직렬 연결하는 방식을 제공함으로써, 이를 적절히 설계하면 사용자가 의도하는 전지의 용량 및 전압을 구현할 수 있다.
또한 본 발명은 하나의 전고체 전지의 설계를 통해 원하는 전지의 용량 및 전압을 구현할 수 있으므로, 상기 전고체 전지에 별도의 전고체 전지를 연결할 필요가 없어 전지의 중량 및 부피의 심각한 증가를 막을 수 있다. 따라서 종래와 비교해 에너지 밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 전고체 전지의 구조를 간략히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 전고체 전지의 구조를 간략히 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예2-1에 따른 전고체 전지의 구조를 간략히 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예2-2에 따른 전고체 전지의 구조를 간략히 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 전고체 전지의 구조를 간략히 도시한 것이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지의 구성 및 기능에 대한 설명은 생략하도록 한다.
또한 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
전고체 전지를 구성하는 단위셀을 직렬 연결하면 적층되는 단위셀의 개수만큼 전지의 전압이 상승한다. 그러나 전지의 용량은 변하지 않는다. 이와 같은 경우 전지의 용량을 높이기 위해서는 양극층(또는 음극층)의 단위 면적당 로딩량을 높이거나, 양극층(또는 음극층)의 면적을 넓혀야 한다. 그러나 로딩량을 높이면 전극 내의 저항이 커지면서 실제 용량이 굉장히 낮아지고, 면적을 넓히면 전류 밀도의 불균일이 심화되어 전체적인 전지의 성능이 저하된다.
전고체 전지를 구성하는 단위셀을 병렬 연결하면 적층되는 단위셀의 개수만큼 용량이 상승하지만, 전압은 변하지 않는다. 따라서 이와 같은 경우에는 반드시 2개 이상의 전고체 전지를 연결해야 한다. 이는 전지의 중량, 부피의 심각한 증가 및 이에 따른 에너지 밀도의 저하로 이어진다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 양극층과 음극층이 고체전해질층을 개재하여 적층된 단위셀을 병렬로 연결하여 병렬단위를 구성하고, 병렬단위 간은 직렬로 연결하여 하나의 전고체 전지 내에서 원하는 용량 및 전압을 구현할 수 있도록 하였다.
구체적으로 본 발명에 따른 전고체 전지는 복수의 단위셀이 병렬로 연결된 병렬단위를 2 이상 포함하고, 일 병렬단위 말단의 양극층이 타 병렬단위 말단의 음극층을 향하도록 적층된 구조이며, 상기 2 이상의 병렬단위가 직렬 연결되도록 배선을 연결한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 "병렬 연결"된다는 것은 집전체의 양면으로 동일한 극이 위치하는 것을 의미한다. 반면에 "직렬 연결"된다는 것은 집전체의 양면으로 다른 극이 위치한다는 것뿐만 아니라 전고체 전지 내에서 전류가 제대로 흐를 수 있도록 배선을 연결한다는 것을 의미한다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세하게 설명하도록 한다. 다만 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예1
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예는 2개의 단위셀(10)이 병렬 연결되어 병렬단위(20, 30)를 구성하고, 2개의 병렬단위(20, 30)가 직렬 연결된 적층 구조의 전고체 전지이다.
구체적으로는 양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 적층된 제1병렬단위(20)와, 양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 적층된 제2병렬단위(30)를 포함하고, 상기 제1병렬단위(20)의 양극층과 상기 제2병렬단위(30)의 음극층이 바이폴라 집전체를 개재하여 적층된 구조이다.
상기 제1병렬단위(20) 및 제2병렬단위(30)는 2 개의 단위셀이 적층된 상태로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 2 이상의 단위셀이 적층된 경우도 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 이는 이하의 병렬단위에 대한 설명에도 공통적으로 적용된다.
또한 상기 제1병렬단위와 상기 제2병렬단위를 직렬 연결하기 위해 상기 바이폴라 집전체와 제1병렬단위(20)의 플러스 단자를 연결(A)하고, 상기 바이폴라 집전체와 제2병렬단위(30)의 마이너스 단자를 연결(B)한다.
본 발명에서 "플러스 단자"는 어느 하나의 병렬단위에서 양극층과 접하는 양극 집전체를 의미한다. 또한 "마이너스 단자"는 어느 하나의 병렬단위에서 음극층과 접하는 음극 집전체를 의미한다. 다만 병렬단위 내에 양극 집전체, 음극 집전체 외에도 그 역할을 수행할 수 있는 별도의 구성이 있는 경우에는 이에 한정되어 해석되지 않을 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지 내에서 전류는 제1병렬단위(20)의 플러스 단자에서 바이폴라 집전체를 거쳐 제2병렬단위(30)의 마이너스 단자로 흐를 수 있다.
상기 단위셀(10)의 용량이 1.1 mAh, 평탄 전위가 3.6 V인 경우, 도 1에 도시된 전고체 전지의 용량 및 전압은 다음과 같다.
상기 제1병렬단위(20) 및 제2병렬단위(30)는 두 개의 단위셀(10)이 병렬 연결하여 구성되므로 그 용량은 2.2 mAh, 전압은 3.6 V이다. 상기 제1병렬단위(20)는 제2병렬단위(30)와 직렬 연결되어 전고체 전지를 구성하므로 상기 전고체 전지의 용량은 2.2 mAh, 전압은 7.2 V이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지를 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.
1) 슬러리 캐스팅 및 건조를 통해 집전체 상에 양극층 및 음극층을 형성하는 단계;
2) 음극층 상에 고체전해질층을 형성하는 단계;
3) 이를 도 1과 같은 구조로 적층하는 단계;
4) 바이폴라 집전체와 병렬단위의 플러스 단자 및 마이너스 단자를 연결하는 단계; 및
5) 전고체 전지를 가압하는 단계.
상기 1) 단계는 양극 집전체의 일면에 양극층이 형성된 단면 양극 1장, 음극 집전체의 양면에 음극층이 형성된 양면 음극 1장, 바이폴라 집전체의 일면에 양극층, 타면에 음극층이 형성된 바이폴라 전극 1장, 양극 집전체의 양면에 양극층이 형성된 양면 양극 1장, 음극 집전체의 일면에 음극층이 형성된 단면 음극 1장을 준비하는 단계일 수 있다.
상기 2) 단계는 상기 1) 단계에서 형성한 음극층 상으로 고체전해질층을 형성하는 단계일 수 있다. 형성 방법은 제한되지 않으나, 건조된 음극층 상에 슬러리 캐스팅 및 건조하여 형성하거나, 필름 상에 슬러리 캐스팅 및 건조한 뒤 음극층에 전사하여 형성할 수 있다.
상기 3) 단계는 상기 1) 단계에서 형성한 각 구성을 상측으로부터 차례로 적층하여 수행할 수 있다.
상기 4) 단계는 상기 바이폴라 집전체와 상기 단면 양극의 양극 집전체를 연결하고, 상기 바이폴라 집전체와 상기 단면 음극의 음극 집전체를 연결하며, 상기 양면 음극의 음극 집전체를 외부와 연결하고, 상기 양면 양극의 양극 집전체를 외부와 연결하여 수행할 수 있다.
실시예2
도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 상기 실시예1의 구성을 모두 포함하되, 상기 제1병렬단위(20)와 상기 제2병렬단위(30)가 바이폴라 집전체를 개재하여 적층된 것을 직렬단위(40)라 하였을 때 상기 직렬단위(40)가 2 이상 적층된 적층 구조의 전고체 전지이다.
일 직렬단위와 타 직렬단위 사이에는 단락을 방지하기 위한 절연체가 개재될 수 있다.
또한 2 이상의 직렬단위(40)를 직렬 연결하기 위해 일 직렬단위의 플러스 단자와 타 직렬단위의 마이너스 단자를 연결(C)한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 전지를 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 전술한 일 실시예에 따른 전고체 전지의 형성 방법을 반복하여 수행할 수 있다.
실시예2 -1
도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 일 형태는 상기 실시예2의 구성을 모두 포함하되, 양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위(50)를 더 포함하고, 상기 제3병렬단위(50)가 상기 제2병렬단위(30)에 직렬 적층된 적층 구조의 전고체 전지이다. 즉, 실시예2의 직렬단위(40)가 2 이상 적층된 전고체 전지에 상기 제3병렬단위(50)가 더 적층된 것이다.
다만 본 발명을 보다 명확하게 기술하기 위해 이하에서는 직렬단위가 1인 경우를 상정하여 본 실시예2-1을 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 제2병렬단위(30)와 제3병렬단위(50)를 직접적으로 맞닿게 하여 직렬 연결하면 단락이 발생할 수 있다. 따라서 상기 제3병렬단위(50)의 양극층과 상기 제2병렬단위(30)의 음극층은 절연체를 개재하여 적층한다.
또한 상기 제2병렬단위(30)와 상기 제3병렬단위(50)를 직렬 연결하기 위해 상기 제3병렬단위(50)의 마이너스 단자와 상기 제2병렬단위(30)의 플러스 단자를 연결(D)한다.
따라서 본 발명의 다른 실시예의 일 형태에 따른 전고체 전지 내에서 전류는 제1병렬단위(20)의 플러스 단자에서 바이폴라 집전체를 거쳐 제2병렬단위(30)의 마이너스 단자로 흐른 뒤, 제2병렬단위(30)의 플러스 단자를 통해 제3병렬단위(50)의 마이너스 단자로 흐를 수 있다.
상기 단위셀의 용량이 1.1 mAh, 평탄 전위가 3.6 V인 경우, 도 3에 도시된 전고체 전지의 용량 및 전압은 다음과 같다.
상기 제1병렬단위(20), 제2병렬단위(30) 및 제3병렬단위(50)는 두 개의 단위셀(10)이 병렬 연결하여 구성되므로 그 용량은 2.2 mAh, 전압은 3.6 V이다. 상기 제1병렬단위(20), 제2병렬단위(30) 및 제3병렬단위(50)는 서로 직렬 연결하여 전고체 전지를 구성하므로 상기 전고체 전지의 용량은 2.2 mAh, 전압은 10.8 V이다.
본 발명의 다른 실시예의 일 형태에 따른 전고체 전지를 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.
1) 슬러리 캐스팅 및 건조를 통해 집전체 상에 양극층 및 음극층을 형성하는 단계;
2) 음극층 상에 고체전해질층을 형성하는 단계;
3) 이를 도 2와 같은 구조로 적층하는 단계;
4) 제1병렬단위, 제2병렬단위 및 제3병렬단위를 직렬 연결하는 단계; 및
5) 전고체 전지를 가압하는 단계.
상기 1) 단계는 양극 집전체의 일면에 양극층이 형성된 단면 양극 2장, 음극 집전체의 양면에 음극층이 형성된 양면 음극 2장, 바이폴라 집전체의 일면에 양극층, 타면에 음극층이 형성된 바이폴라 전극 1장, 양극 집전체의 양면에 양극층이 형성된 양면 양극 1장, 음극 집전체의 일면에 음극층이 형성된 단면 음극 1장을 준비하는 단계일 수 있다.
상기 2) 단계는 상기 1) 단계에서 형성한 음극층 상으로 고체전해질층을 형성하는 단계일 수 있다. 형성 방법은 제한되지 않으나, 건조된 음극층 상에 슬러리 캐스팅 및 건조하여 형성하거나, 필름 상에 슬러리 캐스팅 및 건조한 뒤 음극층에 전사하여 형성할 수 있다.
상기 4) 단계는 상기 바이폴라 집전체와 제1병렬단위(20)에 포함된 단면 양극의 양극 집전체를 연결하고, 상기 바이폴라 집전체와 제2병렬단위(30)에 포함된 단면 음극의 음극 집전체를 연결하며, 제2병렬단위(30)에 포함된 양면 양극의 양극 집전체와 제3병렬단위(50)에 포함된 양면 음극의 음극 집전체를 연결하고, 제1병렬단위(20)에 포함된 양면 음극의 음극 집전체를 외부와 연결하고, 제3병렬단위(50)에 포함된 단면 양극의 양극 집전체를 외부와 연결하여 수행할 수 있다.
실시예2 -2
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 다른 형태는 상기 실시예2의 구성을 모두 포함하되, 양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위(50)를 더 포함하고, 상기 제3병렬단위(50)가 상기 제1병렬단위(20)에 직렬 적층된 적층 구조의 전고체 전지이다. 즉, 실시예2의 직렬단위(40)가 2 이상 적층된 전고체 전지에 상기 제3병렬단위(50)가 더 적층된 것이다.
다만 본 발명을 보다 명확하게 기술하기 위해 이하에서는 직렬단위가 1인 경우를 상정하여 본 실시예2-2를 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 제1병렬단위(20)와 제3병렬단위(50)를 직접적으로 맞닿게 하여 직렬 연결하면 단락이 발생할 수 있다. 따라서 상기 제3병렬단위(50)의 음극층과 상기 제1병렬단위(20)의 양극층은 절연체를 개재하여 적층한다.
또한 상기 제1병렬단위(20)와 상기 제3병렬단위(50)를 직렬 연결하기 위해 상기 제3병렬단위(50)의 플러스 단자와 상기 제1병렬단위(20)의 마이너스 단자를 연결(E)한다.
따라서 본 발명의 다른 실시예의 다른 형태에 따른 전고체 전지 내에서 전류는 제2병렬단위(30)의 플러스 단자에서 제2병렬단위(30)의 마이너스 단자로 흐르고, 바이폴라 집전체를 거쳐 제1병렬단위(20)의 플러스 단자로 흐르며, 제1병렬단위(20)의 마이너스 단자를 통해 제3병렬단위(50)의 플러스 단자로 흐를 수 있다.
상기 단위셀의 용량이 1.1 mAh, 평탄 전위가 3.6 V인 경우, 도 3에 도시된 전고체 전지의 용량 및 전압은 다음과 같다.
상기 제1병렬단위(20), 제2병렬단위(30) 및 제3병렬단위(50)는 두 개의 단위셀(10)이 병렬 연결하여 구성되므로 그 용량은 2.2 mAh, 전압은 3.6 V이다. 상기 제1병렬단위(20), 제2병렬단위(30) 및 제3병렬단위(50)는 서로 직렬 연결하여 전고체 전지를 구성하므로 상기 전고체 전지의 용량은 2.2 mAh, 전압은 10.8 V이다.
본 발명의 다른 실시예의 다른 형태에 따른 전고체 전지를 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.
1) 슬러리 캐스팅 및 건조를 통해 집전체 상에 양극층 및 음극층을 형성하는 단계;
2) 음극층 상에 고체전해질층을 형성하는 단계;
3) 이를 도 3과 같은 구조로 적층하는 단계;
4) 제1병렬단위, 제2병렬단위 및 제3병렬단위를 직렬 연결하는 단계; 및
5) 전고체 전지를 가압하는 단계.
상기 1) 단계는 양극 집전체의 일면에 양극층이 형성된 단면 양극 1장, 음극 집전체의 양면에 음극층이 형성된 양면 음극 1장, 바이폴라 집전체의 일면에 양극층, 타면에 음극층이 형성된 바이폴라 전극 1장, 양극 집전체의 양면에 양극층이 형성된 양면 양극 2장, 음극 집전체의 일면에 음극층이 형성된 단면 음극 2장을 준비하는 단계일 수 있다.
상기 2) 단계는 상기 1) 단계에서 형성한 음극층 상으로 고체전해질층을 형성하는 단계일 수 있다. 형성 방법은 제한되지 않으나, 건조된 음극층 상에 슬러리 캐스팅 및 건조하여 형성하거나, 필름 상에 슬러리 캐스팅 및 건조한 뒤 음극층에 전사하여 형성할 수 있다.
상기 4) 단계는 상기 바이폴라 집전체와 제1병렬단위(20)에 포함된 단면 양극의 양극 집전체를 연결하고, 상기 바이폴라 집전체와 제2병렬단위(30)에 포함된 단면 음극의 음극 집전체를 연결하며, 제1병렬단위(20)에 포함된 양면 음극의 음극 집전체와 제3병렬단위(50)에 포함된 양면 양극의 양극 집전체를 연결하고, 제3병렬단위(50)에 포함된 단면 음극의 음극 집전체를 외부와 연결하고, 제2병렬단위(30)에 포함된 양면 양극의 양극 집전체를 외부와 연결하여 수행할 수 있다.
실시예3
도 5에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예는 3개의 단위셀(10)이 병렬 연결되어 병렬단위(60, 60')를 구성하고, 2개의 병렬단위(60)가 직렬 연결된 적층 구조의 전고체 전지이다. 이 때 일 병렬단위(60)와 타 병렬단위(60')는 바이폴라 집전체를 개재하여 적층된다.
상기 병렬단위(60, 60')는 3개의 단위셀이 적층된 상태로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 홀수 개의 단위셀이 적층된 경우를 모두 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
병렬단위(60, 60') 간의 직렬 연결을 위해 상기 바이폴라 집전체와 일 병렬단위(60)의 마이너스 단자를 연결(F)하고, 상기 바이폴라 집전체와 타 병렬단위(60')의 플러스 단자를 연결(G)한다.
따라서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전고체 전지 내에서 전류는 일 병렬단위(60)의 플러스 단자에서 마이너스 단자로 흐르고, 바이폴라 집전체를 통해 타 병렬단위(60')의 플러스 단자로 흐를 수 있다.
상기 단위셀(10)의 용량이 1.1 mAh, 평탄 전위가 3.6 V인 경우, 도 4에 도시된 전고체 전지의 용량 및 전압은 다음과 같다.
상기 병렬단위(60, 60')는 세 개의 단위셀(10)이 병렬 연결하여 구성되므로 그 용량은 3.3 mAh, 전압은 3.6 V이다. 상기 병렬단위(60, 60')가 직렬 연결되어 전고체 전지를 구성하므로 상기 전고체 전지의 용량은 3.3 mAh, 전압은 7.2 V이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전고체 전지를 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.
1) 슬러리 캐스팅 및 건조를 통해 집전체 상에 양극층 및 음극층을 형성하는 단계;
2) 음극층 상에 고체전해질층을 형성하는 단계;
3) 이를 도 4와 같은 구조로 적층하는 단계;
4) 바이폴라 집전체와 병렬단위의 플러스 단자 및 마이너스 단자를 연결하는 단계; 및
5) 전고체 전지를 가압하는 단계.
상기 1) 단계는 양극 집전체의 일면에 양극층이 형성된 단면 양극 1장, 음극 집전체의 양면에 음극층이 형성된 양면 음극 2장, 양극 집전체의 양면에 양극층이 형성된 양면 양극 2장, 바이폴라 집전체의 일면에 양극층, 타면에 음극층이 형성된 바이폴라 전극 1장, 음극 집전체의 일면에 음극층이 형성된 단면 음극 1장을 준비하는 단계일 수 있다.
상기 2) 단계는 상기 1) 단계에서 형성한 음극층 상으로 고체전해질층을 형성하는 단계일 수 있다. 형성 방법은 제한되지 않으나, 건조된 음극층 상에 슬러리 캐스팅 및 건조하여 형성하거나, 필름 상에 슬러리 캐스팅 및 건조한 뒤 음극층에 전사하여 형성할 수 있다.
상기 4) 단계는 상기 바이폴라 집전체와 일 병렬단위(60)에 포함된 양면 음극의 음극 집전체와 열결하고, 상기 바이폴라 집전체와 타 병렬단위(60')에 포함된 양면 양극의 양극 집전체를 연결하며, 일 병렬단위(60)에 포함된 단면 양극의 양극 집전체와 일 병렬단위(60)에 포함된 양면 양극의 양극 집전체를 연결하고, 타 병렬단위(60')에 포함된 양면 음극의 음극 집전체와 타 병렬단위(60')에 포함된 단면 음극의 음극 집전체를 연결하여 수행할 수 있다.
본 발명은 전고체 전지의 중량 및 부피를 증가시키지 않으면서 용량 및 전압을 동시에 높이기 위해 고안된 것으로써, 단위셀로 병렬단위를 구성하고 각 병렬단위를 직렬 연결하는 방식을 제시한다. 이에 따라 사용자는 하나의 전고체 전지 내에서 원하는 용량 및 전압을 구현할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 단위셀
20 : 실시예1 내지 실시예2-2의 제1병렬단위
30 : 실시예1 내지 실시예2-2의 제2병렬단위
40 : 실시예2 내지 실시예2-2의 직렬단위
50 : 실시예2-1 및 실시예2-2의 제3병렬단위
60 : 실시예3의 병렬단위

Claims (6)

  1. 양극층과 음극층이 고체전해질층을 개재하여 적층된 단위셀이 복수개로 병렬 연결된 병렬단위를 2 이상 포함하고,
    일 병렬단위 말단의 양극층이 타 병렬단위 말단의 음극층을 향하도록 적층된 구조로써,
    상기 2 이상의 병렬단위가 직렬 연결되도록 배선으로 연결된 것을 특징으로 하는 적층 구조의 전고체 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬단위는 양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제1병렬단위와, 양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제2병렬단위를 포함하고,
    상기 제1병렬단위와 상기 제2병렬단위가 바이폴라 집전체를 개재하여 적층되어 직렬단위를 구성하고,
    상기 바이폴라 집전체는 제1병렬단위의 플러스 단자 및 제2병렬단위의 마이너스 단자와 연결되는 적층 구조의 전고체 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 직렬단위가 2 이상 적층되고,
    일 직렬단위와 타 직렬단위 사이에는 절연체가 개재되며,
    일 직렬단위의 플러스 단자와 타 직렬단위의 마이너스 단자가 연결되는 적층 구조의 전고체 전지.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    양 말단에 양극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위를 더 포함하고,
    상기 제3병렬단위의 말단과 상기 제2병렬단위의 말단이 절연체를 개재하여 적층되며,
    상기 제3병렬단위의 마이너스 단자와 상기 제2병렬단위의 플러스 단자가 연결되는 전고체 전지.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    양 말단에 음극층이 위치하도록 단위셀이 2 이상 적층된 제3병렬단위를 더 포함하고,
    상기 제3병렬단위의 말단과 상기 제1병렬단위의 말단이 절연체를 개재하여 적층되며,
    상기 제3병렬단위의 플러스 단자와 상기 제1병렬단위의 마이너스 단자가 연결되는 전고체 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬단위는 홀수개의 단위셀이 병렬 연결된 구조이고,
    일 병렬단위와 타 병렬단위 사이에 바이폴라 집전체가 개재되며,
    상기 바이폴라 집전체는 일 병렬단위의 마이너스 단자 및 타 병렬단위의 플러스 단자에 연결되는 전고체 전지.
KR1020160066693A 2016-05-30 2016-05-30 적층 구조의 전고체 전지 KR101905956B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160066693A KR101905956B1 (ko) 2016-05-30 2016-05-30 적층 구조의 전고체 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160066693A KR101905956B1 (ko) 2016-05-30 2016-05-30 적층 구조의 전고체 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170135180A true KR20170135180A (ko) 2017-12-08
KR101905956B1 KR101905956B1 (ko) 2018-10-08

Family

ID=60919636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160066693A KR101905956B1 (ko) 2016-05-30 2016-05-30 적층 구조의 전고체 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101905956B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200259128A1 (en) * 2019-02-12 2020-08-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All-solid-state battery stack
JP2020136261A (ja) * 2019-02-12 2020-08-31 トヨタ自動車株式会社 全固体電池積層体
WO2021025418A1 (ko) * 2019-08-05 2021-02-11 주식회사 티디엘 멀티스택 모노폴라 전고체 전지
CN113206300A (zh) * 2020-01-31 2021-08-03 丰田自动车株式会社 全固体电池
JP2021144840A (ja) * 2020-03-11 2021-09-24 トヨタ自動車株式会社 固体電池
CN113497277A (zh) * 2020-03-19 2021-10-12 本田技研工业株式会社 层叠型固体电池
WO2022145706A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. All-solid-state battery
WO2024080639A1 (ko) * 2022-10-14 2024-04-18 주식회사 엘지에너지솔루션 전고체 전지의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5534109B2 (ja) * 2011-09-12 2014-06-25 株式会社村田製作所 全固体電池およびその製造方法
JP2013120717A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Toyota Motor Corp 全固体電池

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200259128A1 (en) * 2019-02-12 2020-08-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All-solid-state battery stack
CN111554863A (zh) * 2019-02-12 2020-08-18 丰田自动车株式会社 全固体电池层叠体
KR20200098405A (ko) * 2019-02-12 2020-08-20 도요타 지도샤（주） 전고체 전지 적층체
JP2020136261A (ja) * 2019-02-12 2020-08-31 トヨタ自動車株式会社 全固体電池積層体
WO2021025418A1 (ko) * 2019-08-05 2021-02-11 주식회사 티디엘 멀티스택 모노폴라 전고체 전지
US20210242492A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All solid state battery
CN113206300A (zh) * 2020-01-31 2021-08-03 丰田自动车株式会社 全固体电池
KR20210098336A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 도요타 지도샤（주） 전고체 전지
US11764396B2 (en) 2020-01-31 2023-09-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All solid state battery
JP2021144840A (ja) * 2020-03-11 2021-09-24 トヨタ自動車株式会社 固体電池
CN113497277A (zh) * 2020-03-19 2021-10-12 本田技研工业株式会社 层叠型固体电池
WO2022145706A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. All-solid-state battery
WO2024080639A1 (ko) * 2022-10-14 2024-04-18 주식회사 엘지에너지솔루션 전고체 전지의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101905956B1 (ko) 2018-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101905956B1 (ko) 적층 구조의 전고체 전지
US9627708B2 (en) Stepped electrode assembly having predetermined a thickness ratio in the interface between electrode units, battery cell and device comprising the same
CA2583544C (en) Secondary battery pack having configuration of alternative orientation
US7029789B2 (en) Flat-type cell and combined battery utilizing the same
US10741820B2 (en) Rechargeable battery
KR20130133640A (ko) 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
JP2014523629A (ja) 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス
JP2004158222A (ja) 多層積層電池
CN102549808A (zh) 电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池
KR20050035108A (ko) 박형 전지, 배터리, 조합 배터리, 및 차량
EP3731323A1 (en) Press jig comprising magnet and battery module comprising same
CN209691893U (zh) 复合动力储能电芯
JP2005267886A (ja) 二次電池
US11189889B2 (en) Rechargeable battery
JP2020521286A (ja) エネルギー蓄積器
KR100882489B1 (ko) 열수축에 의한 내부 단락을 방지한 스택/폴딩형 전극조립체및 이를 포함하는 전기화학 셀
KR102239783B1 (ko) 멀티스택 모노폴라 전고체 전지
KR101189621B1 (ko) 안전성이 향상된 이차전지
US9437898B2 (en) Secondary battery including plurality of electrode assemblies
KR101668356B1 (ko) 스택-폴딩형 전극 조립체 및 그 제조 방법
JP4052127B2 (ja) 薄型電池支持構造体、組電池及び車両
KR101587861B1 (ko) 생산성과 성능이 향상된 전지셀
KR102197360B1 (ko) 향상된 기계적 강도의 단면 전극을 포함하고 있는 전극조립체
US20230268621A1 (en) Rechargeable battery
US20230299437A1 (en) All solid secondary battery and module of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant